(57)【要約】【課題】非導電性シートにおける帯電状態をより長期かつ安定に維持させる。【解決手段】互いに対向させて配置された導電性の高電圧電極１６及び接地電極１８と、高電圧電極１６にパルス化された電圧を印加する電圧印加手段（高電圧電源１０、パルス生成回路１２）と、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間に加熱された気体を供給する加熱手段（ガスダム部１４、熱風発生装置２０、ガスパイプ２２、流量調整バルブ２４、ガスノズル２６）とを備えるエレクトレット加工装置により上記課題を解決することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性物質を帯電させるエレクトレット加工装置であって、
互いに対向させて配置された導電性の高電圧電極及び接地電極と、
前記高電圧電極にパルス化された電圧を印加する電圧印加手段と、
前記高電圧電極と前記接地電極との間の空間に加熱された気体を供給する加熱手段と、
を備えることを特徴とするエレクトレット加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエレクトレット加工装置であって、
前記高電圧電極は、前記接地電極に向けられた鋭利な先端部を有し、
前記加熱手段は、前記高電圧電極の先端部に加熱された気体を供給することを特徴とするエレクトレット加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエレクトレット加工装置であって、
前記加熱手段は、前記接地電極に向けて開口されたノズル部を備えたガスダム部を有し、
前記高電圧電極は、前記ノズル部から突出した放電部を有することを特徴とするエレクトレット加工装置。
【請求項４】
請求項１に記載のエレクトレット加工装置であって、
前記高電圧電極は、円筒状の放電部を備え、
前記加熱手段は、前記円筒状の放電部を通じて前記高電圧電極と前記接地電極との間の空間に加熱された気体を供給することを特徴とするエレクトレット加工装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のエレクトレット加工装置であって、
前記加熱された気体は、室温より高く１００℃以下の温度であることを特徴とするエレクトレット加工装置。
【請求項６】
非導電性物質を帯電させるエレクトレット加工方法であって、
接地電極の表面上に被加工物質を配置する第１の工程と、
前記接地電極に対向させて配置されている高電圧電極にパルス化された電圧を供給する第２の工程と、
前記接地電極と前記高電圧電極との間の空間に加熱された気体を供給する第３の工程と、
を備えることを特徴とするエレクトレット加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長期間、帯電状態を維持することができる非導電性シートのエレクトレット加工装置及びエレクトレット加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非導電性シートを帯電した状態に長期間維持させる方法として、コロナ放電を利用したエレクトレット加工法が知られている。
【０００３】
直流コロナ放電は、非常に安定した放電である反面、放電電極に連続的に高電圧を印加するため、電子と分子又はイオンとの衝突電離による電子なだれが連続的に発生して成長していくことにより空間電荷が増加し、印加電圧を高くしていくにつれて絶縁破壊を起こし易い。したがって、直流コロナ放電をエレクトレット加工に応用すると、非導電性シートを損傷させるおそれがある。
【０００４】
また、絶縁破壊にまで進展しないまま高電圧が印加され続けて高電界となると、非導電性シートの表面において微視的に沿面放電が発生し、この沿面放電のエネルギーによって非導電性シート内部に蓄積された電荷が外部へ漏洩したり、双極子の配向に影響が及んだりする場合がある。
【０００５】
このような問題を解決する方法として、非導電性シートと接地電極との密着性を良好にする、接地電極を半導体とする、または、接地電極上に付設部材として半導体材料を配置するといった方法が提案されている。さらに、直流コロナ放電による問題を改善する方法としてパルスコロナ放電を用いる方法が提案されている（特許文献１〜３）。
【０００６】
【特許文献１】特公平６−７４５４５号公報
【特許文献２】特開平６−１２３０６３号公報
【特許文献３】特許第２５３９４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
パルスコロナ放電法では、例えば、パルス印加時間が数十ｍｓｅｃから数百ｍｓｅｃ、パルス休止時間が数十ｍｓｅｃから数ｓｅｃとされるが、パルス印加時間は絶縁破壊に至る要因となる空間電荷の発生量を決定し、休止時間は空間電荷の滞在時間を決定する。したがって、パルス印加時間が長いほど、または、パルス休止時間が短いほど、空間電荷が多くなって絶縁破壊が発生し易くなる。したがって、電極形状、高電圧側電極と接地電極との距離、非導電性シートの誘電率や固有抵抗率等の条件によって最適なパルス印加時間とパルス休止時間を決定する必要がある。
【０００８】
しかしながら、より高い電界を形成するためにパルスの印加時間を極めて短くしていくと、それに伴って電子の衝突電離の作用する時間が短くなりすぎ、外部電荷が注入される効果が抑制される。これにより、外部電荷注入による帯電効果が低下し、双極子の配向による分極が主となった帯電のみが生じてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、帯電状態をより長期かつ安定に維持させることができる非導電性シート及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、非導電性物質を帯電させるエレクトレット加工装置であって、互いに対向させて配置された導電性の高電圧電極及び接地電極と、前記高電圧電極にパルス化された電圧を印加する電圧印加手段と、前記高電圧電極と前記接地電極との間の空間に加熱された気体を供給する加熱手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、非導電性物質を帯電させるエレクトレット加工方法であって、接地電極の表面上に被加工物質を配置する第１の工程と、前記接地電極に対向させて配置されている高電圧電極にパルス化された電圧を供給する第２の工程と、前記接地電極と前記高電圧電極との間の空間に加熱された気体を供給する第３の工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記高電圧電極は、前記接地電極に向けられた鋭利な先端部を有し、前記加熱手段は、前記高電圧電極の先端部に加熱された気体を供給することが好適である。例えば、前記高電圧電極は、針状の電極、ワイヤ状の電極とすることができる。前記高電圧電極の鋭利な先端部は放電部となり、その放電部の近傍を加熱された気体によって加熱することによって、前記高電圧電極と前記接地電極との間の空間において電離回数を増やして電荷を増やすことができる。その結果、非導電性物質に電荷を注入させることができ、非導電性物質をより帯電させることができる。
【００１３】
また、前記加熱手段は、前記接地電極に向けて開口されたノズル部を備えたガスダム部を有し、前記高電圧電極は、前記ノズル部から突出した放電部を有することが好適である。前記ノズル部から加熱された気体を供給することによって、前記ノズル部から突出された放電部を効率よく加熱することができる。また、前記ノズル部が前記接地電極に向けて設けられていることによって、前記高電圧電極と前記接地電極との間の空間において電離により発生する電荷の前記接地電極に向けての移動が乱されることがなくなり、非導電性物質を効率よく帯電させることができる。
【００１４】
また、前記高電圧電極は、円筒状の放電部を備え、前記加熱手段は、前記円筒状の放電部を通じて前記高電圧電極と前記接地電極との間の空間に加熱された気体を供給することも好適である。
【００１５】
上記構成において、前記加熱された気体は、室温より高く１００℃以下の温度とすることが好適である。これは、前記加熱された気体によって前記高電圧電極と前記接地電極との間の空間を加熱することによって、その空間における電荷の運動量を増加させて電離を促進させることができるが、前記加熱された気体の温度が１００℃を超えると、電離の効率が低下するためである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非導電性シートにおける帯電状態をより長期かつ安定に維持させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態における非導電性シートのエレクトレット加工装置１００は、図１に示すように、高電圧電源１０、パルス生成回路１２、ガスダム部１４、高電圧電極１６、接地電極１８、温度調節器付熱風発生装置２０、ガスパイプ２２、流量調整バルブ２４及びガスノズル２６を含んで構成される。
【００１８】
エレクトレット加工装置１００では、高電圧電源１０、パルス生成回路１２、高電圧電極１６及び接地電極１８により高電圧パルス印加用の電気的な回路を含む電圧印加手段が構成される。高電圧電極１６は、図１に示すように、ガスダム部１４内に配置される。高電圧電極１６は、複数の針状先端部１６ａを備える。針状先端部１６ａは、ガスダム部１４に接地電極１８に対向して設けられたガスノズル２６から突出するように配置される。複数の針状先端部１６ａは、導電性の材料から構成され、その先端部が接地電極１８に向けられるように配置される。接地電極１８は、プレート状の導電性材料から構成され、高電圧電極１６に対向するように配置される。接地電極１８は、電気的に接地される。パルス生成回路１２は、高電圧電源１０から出力される高電圧をスイッチングによりパルス化して高電圧電極１６へ出力する。パルス生成回路１２では、スイッチング条件を変更することによって、パルス電圧のパルス印加時間とパルス休止時間とを制御することが可能である。本発明の作用・効果を得るためには、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間で絶縁破壊が生じないようにパルス電圧を生成することが好適であり、例えば、パルス印加時間を１μｓｅｃ以下とすることが好ましい。
【００１９】
また、エレクトレット加工装置１００では、ガスダム部１４、熱風発生装置２０、ガスパイプ２２、流量調整バルブ２４及びガスノズル２６により、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間を加熱するための加熱手段が構成される。熱風発生装置２０は、流量調整バルブ２４を介して、ガスパイプ２２によってガスダム部１４に接続される。熱風発生装置２０は、気体、例えば空気、を加熱した熱風を発生させ、ガスパイプ２２を通じてガスダム部１４へ供給する。
【００２０】
ガスダム部１４は、内部が空洞となったチャンバ状の構造を有する。ガスダム部１４には、接地電極１８に対向するように開口された小穴であるガスノズル２６が複数設けられている。このガスダム部１４に、熱風発生装置２０から熱風を送り込むことによって、ガスノズル２６から高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間に向けて熱風が吹き付けられる。これによって、高電圧電極１６の近傍の高電界が形成される空間を加熱することができる。
【００２１】
特に、ガスノズル２６から熱風が吹き出す方向と、高電圧電極１６の針状先端部１６ａの先端部の突出方向とを略同一にすることによって、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間、特に高電界となる針状先端部１６ａを効果的に加熱することができる。また、ガスノズル２６から熱風が吹き出す方向と、接地電極１８へ向かう電界の方向とをできるだけ一致させることによって、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間で発生した電荷の接地電極１８上に設置された非導電性シート３０への入射を乱すことが少なくなり、非導電性シート３０へ電荷を効率的に注入することができる。
【００２２】
また、ガスパイプ２２は、電気的に接地される。さらに、ガスダム部１４は、絶縁材料で構成されることが好適であり、内部に配置される高電圧電極１６との間で放電が起こらないように構成される。なお、ガスダム部１４は、その一部又は全部を導電材料で構成してもよいが、高電圧電極１６との間で放電が生じないように高電圧電極１６をガスノズル２６の縁部から所定の距離だけ離すことが必要である。これによって、熱風は、ガスノズル２６から吹き出すまで電離されることなく中和された状態に維持される。
【００２３】
また、熱風発生装置２０は、温度調整器を備えており、発生させる熱風の温度を任意に制御することができる。また、ガスダム部１４へ供給される熱風の量は、流量調整バルブ２４によって調整することができる。高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間に供給される熱風の流量を任意に調整可能とすることによって、熱風が接地電極１８の表面に設置される非導電性シート３０まで到達しない程度の供給量となるように調整することができる。これによって、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間の温度分布を所望の条件に調整することができる。
【００２４】
なお、電圧印加手段と加熱手段との構成は図１に示すものに限定されるものではない。他に、図２に示すように、ガスダム部１４を備えることなく、高電圧電極１６の針状先端部１６ａに向けられたガスノズル２６を有するエレクトレット加工装置１０２としてもよい。ガスノズル２６に接続されたガスパイプ２２、温度調整器付熱風発生装置２０から加熱された気体を高電圧電極１６の針状先端部１６ａに供給することによって、エレクトレット加工装置１００と同様の作用を得ることができる。この場合、複雑な構造を有するガスダム部１４を必要としないので、装置の製造が容易となり、製造コストを低減することができる。
【００２５】
また、図３に示すように、高電圧電極１６が円筒状先端部１６ｂを有するエレクトレット加工装置１０４としてもよい。円筒状先端部１６ｂの開口部を接地電極１８に向けるようにガスダム部１４の接地電極１８に対向する位置に配置することによって、ガスダム部１４に供給された加熱された気体が円筒状先端部１６ｂを通じて高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間に供給される。
【００２６】
これによって、エレクトレット加工装置１００と同様の作用を得ることができる。この場合、高電圧電極１６に針状先端部１６ａを適用した場合と比べて、高電圧電極１６によって電離によって発生する電荷が増加するために加熱された気体の温度をそれほど高めることなく空間電荷量を増加させることができる。
【００２７】
また、円筒状先端部１６ｂの開口部を接地電極１８へ向けて配置することによって、加熱された気体によって高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間を効果的に加熱することができる。また、空間電荷の非導電性シート３０への入射を乱すことが少なくなり、非導電性シート３０へ電荷を効率的に注入することができる。
【００２８】
このように、高電圧電極１６の形状は特に限定されるものではなく、接地電極１８と対向して不平等電界を形成することができるものであればよい。
【００２９】
以下に、エレクトレット加工装置１００を用いて非導電性シートの帯電化処理を行った実施例及びそれに対する比較例について説明する。処理の条件は次の通りである。
【００３０】
１．実施例
大気中において、高電圧電極１６の針状先端部１６ａと接地電極１８との間の空間の針状先端部１６ａの近傍が約７０℃に加熱されるように加熱した空気を供給し、高電圧電極１６に対してパルス振幅−２７ｋＶ、パルス印加時間５０ｎｓｅｃ、パルス印加周期５パルス／秒のパルス電圧を印加して帯電化を行った。
【００３１】
ここで、高電圧電極１６の針状先端部１６ａの角度を１４°、先端形状の曲率Ｒを０．０５ｍｍとし、高電圧電極１６の針状先端部１６ａと接地電極１８との距離を２０ｍｍとした。また、非導電性シート３０は、目付け量１５ｇ／ｍ２、通気抵抗２０Ｐａ、平均繊維径５μｍの不織布のものとした。
【００３２】
２．比較例１
熱風による加熱を行わず、約２３℃の室温環境下において、高電圧電極１６に対してパルス振幅−２７ｋＶ、パルス印加時間５０ｎｓｅｃ、パルス印加周期５パルス／秒のパルス電圧を印加して帯電化を行った。その他の条件については、上記実施例と同様とした。
【００３３】
３．比較例２
熱風による加熱を行わず、約２３℃の室温環境下において、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間において絶縁破壊が生じない最大印加電圧−２０ｋＶの直流高電圧を印加して帯電化を行った。
【００３４】
これらの条件によって処理された非導電性シート３０の帯電状態を示す集塵捕集効率を、図４に示す測定装置２００によって測定した。非導電性シート３０をダクト４０内に設置し、流量計４２が通風速度３０ｃｍ／秒を示すように流量調整バルブ４４により調整を行いブロア４６によってダスト箱４８からダクト４０へパーティクル（微粒子）を含む気体を送り込み、非導電性シート３０によってパーティクルを捕集させた。このとき、上流側サンプリング管５０と下流側サンプリング管５２とを通じてパーティクルをそれぞれパーティクルカウンタ５４で測定した。また、非導電性シート３０の集塵捕集効率を数式（１）により求めた。
【００３５】
（数１）
捕集効率（％）＝（１−（下流でのパーティクル個数／上流でのパーティクル個数））
×１００
【００３６】
図５は、実施例及び比較例１，２について集塵捕集効率を測定した結果を示すグラフである。縦軸は、比較例２における集塵捕集効率を１とした場合の実施例及び比較例１の集塵捕集効率の比を表している。なお、比較例２において、実施例と同様に熱風により加熱を行いながら帯電処理を行った場合にも集塵捕集効率は加熱を行わなかった場合とほぼ同等であった。
【００３７】
図５から明らかなように、実施例で処理された非導電性シート３０は比較例１及び２で処理された非導電性シート３０よりも高い捕集効率を示した。これは、本実施の形態のエレクトレット加工装置を用いて高電圧電極１６の近傍の空間を加熱しつつパルス電圧を印加して処理を行うことによって、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間に生ずる空間電荷を増加させることができ、非導電性シート３０内部の双極子の配向分極を生じさせるだけでなく、空間電荷を非導電性シート３０に効率的に導入することができることを意味していると推考できる。また、パルス電圧を用いることによって、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間において絶縁破壊が生ずる限界を高めることができる。
【００３８】
図６は、高電圧電極１６の付近の温度と帯電化処理中に接地電極１８に流れ込む電流との関係を示すグラフである。所定の境界温度Ｔｘまでは温度が上昇するにつれて、高電圧電極１６近傍に存在する気体中の分子の運動エネルギーが大きくなり、電離の衝突断面積が増加して、パルス電圧の印加によって生ずる空間電荷量が増加する。これによって、接地電極１８に流れ込む電流が増加する。温度が境界温度Ｔｘを超えると、気体中の分子の運動エネルギーが大きくなり過ぎ、分子同士のエネルギーの授受が小さくなって電離が生じ難くなる。これによって、接地電極１８に流れ込む電流は減少に転ずる。
【００３９】
境界温度Ｔｘは、高電圧電極の先端部の形状、高電圧電極の先端部から接地電極までの距離等の放電場の条件に依存するが、高電圧電極の先端部の形状をＲ＝０．０５ｍｍ程度の針あるいはワイヤー等の鋭利なものとすれば、高電圧電極１６と接地電極１８との間の空間を加熱するための気体の温度は室温よりも高く１００℃以下とすることが好適である。
【００４０】
なお、本実施の形態では、加熱された気体によって非導電性シート３０が加熱されないように流量を調整するものとしたが、非導電性シート３０の材質等によっては非導電性シート３０を加熱しつつ帯電化処理を行うことが好ましい場合がある。このような場合には、加熱された気体の流量を増加させることによって非導電性シート３０を加熱しつつ処理を行ってもよい。
【００４１】
また、上記実施例では、繊維状の非導電材料を織った非導電性シート３０を被処理対象物としたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、帯電が可能な非導電性物質であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態におけるエレクトレット加工装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるエレクトレット加工装置の別例の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるエレクトレット加工装置の別例の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態で非導電性シートの集塵捕集効率を測定するための測定装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における実施例及び比較例で加工された非導電性シートの集塵捕集効率を示すグラフである。
【図６】高電圧電極の近傍の温度と放電電流との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  高電圧電源、１２  パルス生成回路、１４  ガスダム部、１６  高電圧電極、１６ａ  針状先端部、１６ｂ  円筒状先端部、１８  接地電極、２０  温度調節器付熱風発生装置、２２  ガスパイプ、２４  流量調整バルブ、２６  ガスノズル、３０  非導電性シート、４０  ダクト、４２  流量計、４４  流量調整バルブ、４６  ブロア、４８  ダスト箱、５０  上流側サンプリング管、５２  下流側サンプリング管、５４  パーティクルカウンタ、１００，１０２，１０４  エレクトレット加工装置、２００  測定装置。
【図１】
2007291532.tif 000003
【図３】
2007291532.tif 000004
【図４】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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